الفحم الحجري
الفحم الحجري يُعتبر أحد المصادر الرئيسة للطاقة غير المتجددة. إنه عبارة عن صخر رسوبي ذو لون أسود أو بني قاتم، يمتاز بقدرته على تخزين الطاقة التي يمكن استغلالها من خلال عملية الاحتراق. يتكون الفحم أساساً من نسبة مرتفعة للغاية من عنصر الكربون ومركب الهيدروكربونات، الذي يمثل اتحاداً بين عنصرَي الهيدروجين والكربون. ينقسم الفحم الحجري إلى أربعة أنواع رئيسية بناءً على خصائصه ونسبة الكربون التي يحتويها، وهي:
- اللغنيت.
- الفحم الحجري الشبه قاري.
- البيتومين.
- الأنثراسايت.
آلية التشكيل
يمر الفحم الحجري بعدد من المراحل حتى يتشكل، ويمكن توضيح الخطوات كما يلي:
- دفن بقايا نباتات ميتة في بيئة مستنقعية.
- تعرض هذه البقايا لدرجات حرارة وضغط مرتفعين.
- مرور ملايين السنين لترتقي تلك المواد العضوية المدفونة لتصبح فحمًا حجريًا ذو كثافة كربونية عالية.
الاستخدامات
تتنوع استخدامات الفحم الحجري، ومنها:
- توليد الطاقة الكهربائية.
- استخدامه في صناعات متعددة، مثل صناعة الفولاذ والأسمنت وألياف الكربون والأدوية والقطران والوقود الصناعي.
- استخدامه في التدفئة، سواء في المنازل أو التطبيقات التجارية.
الغاز الطبيعي
الغاز الطبيعي يُصنف كأحد مصادر الوقود الأحفوري. يمتاز بأنه غاز عديم اللون والرائحة، ويتكون أساسًا من غاز الميثان الذي يتكون من ذرة كربون واحدة وأربع ذرات هيدروجين (CH4). بجانب الميثان، يحتوي الغاز الطبيعي أيضًا على مجموعة من السوائل والغازات الهيدروكربونية، مثل غاز ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء.
آلية التشكيل
تتكون الغاز الطبيعي عبر الخطوات التالية:
- تراكم بقايا النباتات والحيوانات الميتة تحت طبقات سميكة من الأرض أو في قيعان المحيطات.
- مرور ملايين السنين مع تعرضها لضغط وحرارة عالية جداً، بالإضافة إلى امتزاج المواد العضوية بالرمل والطين لتتحول إلى مواد غنية بالهيدروكربونات.
- تحول تلك المواد الغنية بالهيدروكربونات تحت الضغط ودرجة الحرارة إلى الحالة الغازية بين طبقات الأرض.
الاستخدامات
تستخدم الغاز الطبيعي في العديد من التطبيقات، ومن أبرزها:
- توليد الكهرباء باستخدام التوربينات المعتمدة على مشتقات الغاز الطبيعي.
- تدفئة المساحات السكنية.
- إنتاج المواد الكيميائية والأسمدة.
- تشغيل معدات وأجهزة التبريد.
النفط
النفط، المعروف أيضًا بالبترول، هو أحد أشكال الوقود الأحفوري المهمة. إنه سائل يتم استخراجه من باطن الأرض ويتكون من مواد عضوية، ولا سيما الكربون والهيدروجين. يمكن أن يختلف تركيب النفط الخام بناءً على عمق الأرض ومجموعة الظروف التي ساهمت في تكوينه، وهو يعد أحد أهم مصادر الطاقة على مستوى العالم.
طريقة التشكيل
تتفاعل العوامل التالية لتشكل النفط:
- تراكم العوالق البحرية المجهرية الميتة في قيعان المحيطات.
- تجميع المواد العضوية بكميات ضخمة في بيئة خالية من الأكسجين.
- مرور ملايين السنين مع ازدياد معدل دفنها، مما يؤدي لارتفاع درجة الحرارة والضغط.
- تحول المخلفات العضوية إلى سائل أسود كثيف يعرف بالزيت الخام.
الاستخدامات
تتعدد استخدامات النفط، ومن أبرزها:
- إنتاج أنواع مختلفة من الوقود مثل البنزين والسولار والديزل للمركبات والتدفئة وتوليد الكهرباء.
- صناعة البلاستيك بمختلف أشكاله.
- إنتاج الملابس حيث أن معظم الألياف المستخدمة في صناعة الملابس مستمدة من النفط.
- تصنيع مستحضرات التجميل ومواد التنظيف مثل الصابون ومعجون الأسنان والشامبو.
الصخر الزيتي
الصخر الزيتي يُعتبر نوعاً من الصخور الرسوبية الغنية بالكيروجين، والذي يتفكك عند التسخين وينتج عن ذلك مركبات الهدروكربونات. يُستخدم الصخر الزيتي كبديل فعّال للغاز الطبيعي والنفط الخام ويُعتبر أيضاً من مصادر الوقود الأحفوري الحاسمة.
آلية التشكيل
يتشكل الصخر الزيتي عبر الخطوات التالية:
- تعرض بقايا الطحالب والنباتات الميتة وحبوب اللقاح للدَفن في بيئات بحرية أو رطبة.
- زيادة معدل الدفن مع ارتفاع درجة الحرارة والضغط المؤثرين على المواد العضوية.
- تحول المواد العضوية إلى كيروجين، ما يُشّكل الصخر الزيتي.
الاستخدامات
تتنوع استخدامات الصخر الزيتي، ومنها:
- إنتاج الوقود بعد تكريره لاستخدامه في السيارات والتدفئة.
- استخدامه في صناعة الأسمنت.
- العمليات الكيميائية كتصنيع الأمونيا والكبريت وبعض المنتجات الأخرى.
الرمال النفطية
تُعرف الرمال النفطية أيضًا بالرمال الزيتية والنفط الثقيل. هي مزيج من الماء والطين والرمل مع مادة بيتومين، وهي مادة هيدروكربونية تنتشر بشكل واسع في كندا وألبرتا.
آلية التشكيل
تتشكل الرمال النفطية عن طريق:
- دفن المواد البحرية الميتة في قيعان المحيطات.
- تعرض المواد العضوية لضغط وحرارة مرتفعة.
- تحول المواد العضوية إلى مادة زيتية.
- تبخر المركبات الهيدروكربونية من المادة الزيتية، مسببةً تراكم البيتومين والرمل لتشكيل الرمال النفطية على مر العصور.
الاستخدامات
تساهم الرمال النفطية في العديد من الاستخدامات، منها:
- إنتاج الوقود بمختلف أشكاله.
- استخدامها كمادة رابطة في إنتاج الإسفلت.
- الاعتماد عليها في عمليات العزل المائي في المباني.
القطران
القطران هو مادة سوداء ثقيلة تُنتج بعد عملية تقطير الفحم الحجري، ويُعتبر مادة ثانوية. يتكون في الأساس من الكربون والغاز، وهو أحد أنواع الوقود الأحفوري الهامة.
آلية التشكيل
يتشكل القطران عبر:
- تسرب النفط الخام إلى سطح الأرض عبر شقوق القشرة.
- تبخر المركبات الخفيفة، مما ينتج مادة القطران الثقيلة.
الاستخدامات
تتعدد استخدامات القطران، والتي تشمل:
- استخدامه كمادة رابطة في صناعة منتجات الأسفلت وطلاء الأرصفة.
- تصنيع المواد الكيميائية ومنتجات القطران.
- تطوير مستحضرات علاجية للأمراض الجلدية مثل الصدفية والأكزيما.
- استخدامه في صناعة الحديد والمبيدات الحشرية والدهانات.
الخلاصة
توجد أنواع عديدة من الوقود الأحفوري، يتم توزيعها بشكل واسع على المستوى العالمي. حيث يعد الفحم الحجري مورد غير متجدد تمامًا مثل كل من النفط والغاز الطبيعي والرمال النفطية والقطران. كما أشرنا سابقًا، تحتاج هذه الموارد لملايين السنين لتتشكل، مما يجعلها عرضة للنضوب، خاصةً في ظل استخدامها في العديد من الصناعات الحيوية والضرورية.